Ny procedure vil reducere behovet for sjældne metaller i kemisk syntese

Medicin, plast, og mange andre kemiske produkter har ændret menneskelivet. For at forberede disse produkter, kemikere bruger ofte en katalysator - ofte baseret på sjældne metaller - på forskellige punkter i deres synteser. Selvom sjældne metalkatalysatorer er utrolig nyttige, deres begrænsede udbud betyder, at deres anvendelse er uholdbar på lang sigt. Syntetiske kemikere har brug for et alternativ.

I en undersøgelse, der for nylig blev offentliggjort i Angewandte Chemie , forskere fra Kanazawa University rapporterer om et sådant alternativ. Deres forskning om en bred klasse af kemiske reaktioner, der er almindelige inden for farmaceutiske og andre synteser, vil bane vejen til en mere bæredygtig kemisk industri.

Nobelprisen i kemi i 2010 gik til forskere, der brugte katalysatorer baseret på palladiummetal til at udføre en almindelig type kemisk reaktion kendt som krydskobling. Sådanne katalysatorer fungerer meget godt til syntetisering af såkaldte overbelastede kvaternære kulstofcentre, som er almindelige i molekyler, der bruges i landbrug og medicin. Imidlertid, for langsigtet bæredygtighed, forskere har brug for et alternativ til sjældne metalkatalysatorer.

"Vi brugte benzyliske organoborater til at udføre tertiær alkylativ krydskobling af aryl- eller alkylelektrofiler, "siger Hirohisa Ohmiya, tilsvarende forfatter til undersøgelsen. "Vores procedure bruger ikke sjældne elementer og er en ligetil vej til kvaternære kulstofcentre."

Forskernes indledende undersøgelser bestod af et tertiært benzylboronat, der først aktiveres af en kaliumalkoxidbase for at blive en benzylanion. Denne anion undergår derefter en krydskoblingsreaktion med en sekundær alkylchloridelektrofil.

"Reaktionen har et bredt omfang, "forklarer den tilsvarende forfatter Hirohisa Ohmiya." F.eks. det lykkedes at udskifte phenylgruppen af ​​boronatet med forskellige aromatiske ringe, og elektrofilen kan være en lang række ringe og lineære kæder. "

Efterfølgende undersøgelser erstattede det sekundære alkylchlorid med forskellige arylnitriler, arylethere, og arylfluorider. Mange af disse reaktioner var vellykkede, såsom dem med 4-cyanopyridin og 4-fluorphenylbenzen.

En kommentar i Natur den 19. november angiver, at COVID-19-pandemien har forstyrret forsyningskæder til forskellige sjældne metaller, der er relevante for den kemiske industri. Hundredvis af miner og fabrikker er blevet lukket, og mange nationale grænser er mere begrænsede end før pandemien. En langsigtet løsning til forstyrrelser i forsyningskæden er at udvikle syntetiske protokoller, der ikke bruger sjældne metaller. Den her beskrevne forskning er en vigtig del af denne indsats og vil bidrage til at gøre kemiske synteser mere bæredygtige for fremtidige generationer.